Praktikum Operasi Operasi Teknik Kimia Kimia 1, 14 November November 2017, Jurusan Teknik Teknik Kimia Universitas Universitas Negeri Negeri Semarang
FILTRASI Evin Fajri Irchamsyah, Siti Ermi, Gita Anggoro Putri Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang, Semarang
1. TUJUAN PRAKTIKUM Tujuan dalam praktikum filtrasi diantaranya adalah untuk mengetahui harga tetapan-tetapan filtrasi (tahanan jenis fluida dan tahanan filter) dan untuk menentukan menentukan waktu filtrasi optimum. optimum . 2. VARIABEL PRAKTIKUM Pada praktikum kali ini terdapat beberapa variabel yang digunakan, dengan variabel bebas yang digunakan adalah volume air sebanyak 15 L, jenis slurry slurry berupa CaCO 3 dan massa CaCO3 sebanyak 825 gram. Variabel kontrol yang digunakan adalah pressure drop drop yang dijaga konstan pada 0,5 bar. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Filtrasi Filtrasi adalah proses dimana campuran heterogen dari fluida partikel-partikel padat dapat dipisahkan oleh media penyaring penyaring dimana fluidanya diteruskan diteruskan sedangkan partikelpartikel partikel padatannya padatannya tertahan. Pada praktikum filtrasi, digunakan alat filtrasi jenis plate and frame filter press. press. Filter press press terdiri atas seperangkat frame frame dan plate plate yang dirancang untuk memberikan sederetan ruang dimana partikel padat akan tertahan. Tertahannya partikel-partikel partikel-partikel padatan tersebut disebabkan oleh medium porous. Medium porous porous ini adalah cake cake yang dibentuk oleh padatan yang terkumpul karena tertahan oleh filter medium primer ( filter ( filter cloth) cloth) [1]. Pada filtrasi, filter medium primer bukan merupakan filter yang sesungguhnya, melainkan filter medium sekunder lah yang merupakan filter medium yang sesungguhnya. Fungsi dari filter medium primer adalah sebagai penahan partikel padat pada permukaan filtrasi atau dapat juga sebagai pembuat filter medium sekunder. Makin lama operasi filtrasi, cake yang terbentuk semakin tebal, sehingga penekanan cake terhadap filtrat yang melewatinya akan semakin besar [1]. Adapun prinsip kerja dari alat filtrasi jenis plate and frame filter press yakni ketika serangkaian alat filter press press tersusun berurutan mulai dari frame, frame, filter cloth, dan dan plate telah terpasang , selanjutnya umpan akan masuk kedalam masing-masing komponen tersebut dengan tekanan [2]. Cairan akan masuk melalui filter cloth cloth dan keluar melalui pipa pengeluran meninggalkan padatan didalam ruang tersebut. Semakin besar tekanan pada pompa, semakin lama waktu filtrasi yang diperlukan karena laju air yang semakin lambat. Bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu kapur padat (CaCO 3) sebanyak 825 gr dan air yang digunakan 15 L. Pressure drop pada praktikum ini dijaga konstan pada 0,5 bar. Slurry Slurry CaCO3 tersebut kemudian mengalir kedalam masing-masing bingkai pada alat frame and filter press. press. Padatan CaCO 3 tertahan pada permukaan plate plate dan filtratnya akan menembus filter cloth cloth lalu mengalir keluar dari alat filter alat filter press. press. Saat proses filtrasi berjalan, padatan dalam suspensi terakumulasi dalam filter cloth cloth pada sisi sebaliknya dari plat-plat. Kemudian plat akan terisi oleh suspensi-suspensi suspensi-suspensi CaCO3, sehingga membentuk cake. cake. Oleh sebab itu, selesai melakukan proses filtrasi, alat plate and frame filter press dibongkar untuk dicuci agar dapat digunakan kembali.
Waktu yang dibutuhkan untuk bongkar pasang, pencucian, dan filtrasi disebut waktu siklus filtrasi dengan persamaan sebagai berikut :
[12 21 ] ]+tp −∆ [12
ts=
[1]
Tetapan filtrasi yang besarnya sebanding dengan volume filtrat disebut Cv, sedangkan Ve adalah volume filtrat tertampung yang memberikan cake cake yang ekuivalen dengan tahanan aliran sebesar tahanan kain saring dan saluran-saluran filter. Jika volume air yang digunakan semakin banyak, maka akan semakin besar pula nilai Venya. Hal ini disebabkan oleh volume air yang semakin besar, maka semakin semakin besar kandungan kandungan filtrat yang tertahan. tertahan. Volume optimum adalah volume yang diperlukan untuk memperoleh jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum, sedangkan waktu optimum adalah waktu filtrasi yang diperlukan untuk memperoleh jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum [1]. 3.2 Hubungan antara Pressure Drop, Ketebalan Cake dan Waktu Filtrasi Dalam analisis praktikum dapat dikatakan bahwa laju alir akan bebanding lurus dengan driving force force berupa pressure drop drop dan berbading terbalik dengan hambatan aliran [2]. Sedangkan semakin lama waktu filtrasi, maka semakin menurun kecepatan filtrasi karena cake yang semakin tebal akan menutupi pori-pori filter cloth cloth dan [4] menghambat laju alir . Kedua pernyataan tersebut sesuai dengan rumus sebagai berikut :
= ∆ = semakin banyak
[2]
[2]
Sehingga volume filtrasi akan berbanding berbanding dengan lama waktu waktu filtrasi yang akan berakibat pada semakin tebalnya cake yang tebentuk, pressure drop juga akan semakin besar karena laju alir dari outlet lebih kecil dari pada laju alir pada inlet . 3.3 Hubungan antara Volume Filtrat dan dt/dV Pada praktikum ini, proses filtrasi dijalankan dalam kondisi tekanan yang tetap yakni 0,5 bar. Tekanan tetap akan menghasilkan dt/dV jika diplotkan dengan volume membentuk trendline trendline naik yang memiliki nilai slope slope dan intercept . Berdasarkan grafik percobaan didapatkan nilai slope sebesar dan intercept sebesar 0,0089.
4×10−
Grafik 3.1 Grafik Volume Filtrat terhadap dt/dV
Praktikum Operasi Teknik Kimia 1, 17 Oktober 2017, Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang
Berdasarkan Gambar 3.1 menunjukkan bahwa semakin banyak volume filtrat dan semakin lama waktu filtrasi, maka cake yang terbentuk semakin tebal. Sehingga terlihat perubahan waktu per volume yang kurang stabil, namun trendline yang dihasilkan naik. Hal ini sesuai dengan teori dalam buku Geancoplis (1983) sebagai berikut :
Grafik 3.2 Grafik Volume Filtrat terhadap dt/dV [3] Berdasarkan grafik 3.2 menghasilkan garis lurus (trendline) yang mempunyai persamaan sebagai berikut: Y = aX + b, dimana : Slope: a= Intercept: b =
[1]
−∆ −∆
[1]
Bila besarnya slope dan intercept telah diketahui dari grafik, maka Cv dan Ve akan dapat dihitung. Dalam praktikum sendiri didapat nilai Cv, Cv sendiri merupakan kemampuan filter dalam menyaring massa slurry per satuan waktu volume. Volume optimum adalah volume yang diperlukan untuk memperoleh jumlah volume filtrat per satuan waktu maksimum, dengan persamaan sebagai berikut: Vopt =
√ −∆ +
[1]
Waktu optimum yaitu waktu filtrasi yang memberikan waktu siklus per satuan volume filtrat minimum, dengan persamaan sebagai berikut: ts = tf + tw + tp, dimana
−∆ ( 2 + = −∆ Sehingga diperoleh: + + tp ts = −∆ ( 2 −∆ = −ΔP (12 21 ) tf =
[1]
Waktu operasi optimum bila ts/V minimum, sehingga:
2 2 = −ΔP 2
tsopt
[1]
Berdasarkan hasil praktikum, diperoleh nilai Cv, Ve, Vopt, dan tsopt berturut-turut yaitu 0,3395 , , 48.009,87 , dan . Adapun faktor yang mempengaruhi hasil tersebut antara lain volume, konsentrasi slurry, tekanan, dan laju aliran.
14.938,83
/ 697,189 detik
3.4 Nilai dan Tahanan Media(Rm) pada Tekanan 0,5 bar Tahanan Ampas (α) dan Konsentrasi Larutan CaCO3 15% Persamaan mengenai hubungan Nilai tahanan media, tahanan ampas, dan konsentrasi larutan :
μαCs = A∆p Rm = −∆
[3]
Dari persamaan dapat diketahui hubungan antara nilai tahanan edia (Rm) dan tahanan a mpas (α) terhadap perubahan tekanan adalah berbanding lurus. Semakin besar tekana fitrasi akan semakin besar pula tahanan media (Rm) dan tahanan ampasnya (α). Didapat nilai tahanan ampas (α) dan tahanan media (Rm) pada CaCO3 825 gram dengan tekanan 0.5 bar adalah berturut turut 0,038 dan 1,08522 x 10 5 m-1. 4. SIMPULAN Berdasarkan hasil praktikum dapat disimpulkan bahwa pada variabel 15% CaCO3 didapatkan harga tetapantetapan filtasi Cv, Ve, tahanan ampas (α) dan tahanan media (Rm) adalah 0,3395 , , 0,038 dan 1,08522 x 10 5 m-1.Adapun waktu siklus filtrasi optimum (tsopt) adalah .
/ 14.938,83 697,189 detik
REFERENSI [1] Phutut, Akhmad B.P. 2012. “Makalah Seminar Praktikum Dasar Teknik Kimia”. Yogyakarta : Fakultas Teknologi Industri UPN Yogyakarta.
[2] Tim Penyusun Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II. ”Modul Filtrasi”. Departemen Teknik Kimia ITB. [3] Geancoplis, J.C.1983. ”Transport Proses and Unit Operation 2nd ed”. Allyn and Bacon Inc, Massachussett.
Praktikum Operasi Teknik Kimia 1, 17 Oktober 2017, Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang
